特殊地质区输电线路铁塔倾斜原因分析及处理措施

康淑丰

(河北省电力公司超高压输变电分公司，石家庄 050070)

铁塔基础的牢固、稳定是输电线路安全运行的基本保障。河北邯郸武安地区由于其特殊的矿产资源和地质环境，使得该区域多条输电线路地处地下压矿区，严重地段出现地面开裂、线路基础位移、铁塔倾斜等情况。为有效防范该类设备隐患，确保电网安全稳定运行，在对发生上述情况的输电线路进行专题调查的基础上，进行详细分析，为处在相似地质条件下的运行线路提供参考。

1 输电铁塔倾斜情况

2009年2月，某500 kV输电线路出现1基铁塔倾斜500 mm(规程规定应小于416 mm)，基础左侧横向位移110 mm(规程规定应小于50 mm)，塔基周围地面出现不同宽度的裂缝，局部地质出现塌陷情况(见图1、2)。

图1 基础周边地质裂缝情况

图2 局部地质塌陷情况

经对该区域线路检查发现，该区域相邻的另1条500 kV线路的3基铁塔同样出现地线线夹偏斜超差现象。通过测量排查，该区域还有6基铁塔出现倾斜，但均在运行规程允许范围，详细情况见表1。

上述2条线路均处于河北邯郸武安地区，属丘陵地形,此区段铁塔均为自立式铁塔，基础型式为柔性基础加基底防护大板。以上区段在设计时已判定为铁矿区和煤矿采空区，并按采煤沉降区考虑，采取了基础防沉降设计。该次基面塌陷造成铁塔倾斜的区段经测量均位于煤矿采空区上方。线路自2006年投运至2008年底，在巡视中未发现地表有下陷迹象，铁塔倾斜抽测中未发现倾斜情况。

表1 线路铁塔倾斜情况统计

注：1.铁塔倾斜度最大允许值为0.5%(适用于50 m及以上高度铁塔)、1.0%(适用于50 m以下高度)；2.绝缘子串顺线路偏斜角(除设计要求)不大于7.5°，最大偏移值不大于300 mm。

2 原因分析

2.1 地层情况

通过走访当地矿物部门及GPS定位对线路下方采煤区分析，发现出现倾斜的铁塔均位于煤矿上方。根据调查，塔位处地层情况大致为：0～12 m主要由粉土、粉质粘土组成，12～90 m卵砾石层，90～320 m粉细砂岩、粗砂岩 、泥岩砂岩，下伏可采煤层。

区域可采煤层为二叠系山西组2号煤层，煤层平均厚度约4.5 m。顶板埋深一般260～320 m，煤层走向北东，倾向南东，倾角10°～15°。

塔位处煤层上覆第四系、第三系松散堆积层厚度大，顶板岩层抗压、抗剪强度较低，较易形成塌陷。

2.2 煤层开采及地面变形情况

塔位处所属煤矿为云驾岭矿业股份有限公司，1992年12月正式投入生产至缺陷发生时，煤矿已形成年产140万t的生产能力。

煤矿目前主要开采二叠系山西组2号煤。采用正规全断面垮落法生产，采厚平均在4.5 m左右，埋深一般260～320 m。采深采厚比58～71，在设计范围之内。采煤工作面一般宽180 m，长1 500 m。

线路在施工图定位时，线路Ⅰ线N234-N235塔位之间已经成为采空区，采空区形成大约有14个月时间，并形成长、宽各200 m的塌陷区，塌陷区边界有裂隙，一般长度200 m，张开宽度2～5 cm，倾角一般在70°～75°。而线路Ⅰ线N236塔位下煤层在施工图定位时尚未开采，根据当时的煤矿开采进度和计划，预计2～3年内会进行开采。

该次调查发现，线路Ⅰ线N236塔位附近地形较为平缓，属丘陵地貌，地面坡度一般较缓，坡角10°左右。塔位附近发现有多处地面开裂，裂缝张开宽度8～10 cm左右，附近地面未发现塌陷坑、陡坎等剧烈变形。

2.3 地质情况

采空区形成后，位于采煤工作面正上方以及周围一定区域内的地面会同时发生3种变形，即垂直向下的沉降、朝着采空区方向的水平位移、倾向采空区方向的倾斜变形。垂直沉降和水平位移对于塔基础稳定性的影响相对较小，而倾斜变形则影响相对较大。

根据煤行管字〔2000〕第81号《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，由煤矿采空引起的地面最大倾斜值按式(1)计算：

(1)

式中：M为采厚；H为采深；H/M取值58；α为煤层倾角，取13°；q为下沉系数，根据类似地区经验值，取值0.76； 为主要影响角正切，根据类似地区经验值，取值2.60。

根据式(1)计算，最大倾斜值约为0.033，即33‰。预测塔位处可达到最大的倾斜为33‰。塔位处目前B、D腿基础高差约80 mm，基础根开8 m左右，目前倾斜值约为10‰。

塔位附近煤矿为正规开采，采用全断面垮落法生产，引起的地面变形是缓慢、均匀的，不会发生突然、剧烈的变形。

从调查结果分析，塔基下地层土质较均匀，且塔基采用大板基础加长地脚螺栓防沉设计，地基土的本身产生不均匀沉降的可能性小。可以断定，线路Ⅰ线N236基础的位移是由采空塌陷引发地基土发生整体倾斜变形进而造成基础发生整体位移，导致铁塔出现倾斜现象。

3 处理措施

3.1 加设圈梁

在线路Ⅰ线N236号、线路Ⅱ线N214号塔的基础主柱加设圈梁,防止铁塔基础在大板倾斜状态下发生相对位移,以保障铁塔根开不发生变化,确保上部结构的正常运行。

3.2 塔脚板下加垫铁

松开线路Ⅰ线N236号(运行号)塔脚螺栓，左侧塔脚板垫增加40 mm厚的垫铁，右侧塔脚板靠左边相应垫增加3 mm～4 mm厚的垫铁，塔脚板下无垫铁部分使用M25水泥沙浆填实，将铁塔调正至正常状态。

3.3 调整导地线串偏移的金具

待基础调整后，若导地线绝缘子串偏移仍超出正常范围，可将相应的导地线线夹打开，重新调整为垂直地面状态。铁塔不作偏移调整的塔号，导地线绝缘子串偏移超出正常范围，可直接将相应的导地线线夹打开，重新调整为垂直地面状态。

3.4 加强观测

据地质分析预测塔位处可达到最大的倾斜为33‰，地面变形将缓慢、均匀的发生。因此，在采取上述处理措施后，仍需加强观测，可考虑在该区段输电线路上装设杆塔倾斜在线监测装置，实时监测铁塔倾斜情况；同时结合人工定期测试，对该区段铁塔倾斜情况进行周期监测。适时调整并采取相应的措施，以确保线路长期运行的安全。

4 结束语

该缺陷暴露出采空区输电线路可能出现的铁塔倾斜、基础位移等情况，线路运维单位应从中吸取经验教训，加强特殊地质区域输电线路的运行监测和维护，采用先进的状态监测等技术手段掌握线路运行状态，做好地质调查及分析，落实相应预防控制措施，确保输电线路安全稳定运行。

本文责任编辑：王丽斌